Обесцвечивание кристаллического фиолетового смешанной культурой в условиях биоэлектрохимической стимуляции

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В донных отложениях пресных водоемов обнаружено варьирование относительной представленности копий бактериальных генов пероксидаз DyP, обесцвечивающих красители, характерных для рода Shewanella и ряда других микроорганизмов. Показано, что скорость обесцвечивания кристаллического фиолетового в лабораторной мембранной биоэлектрохимической системе смешанной культурой донных отложений, показавшей наибольшую представленность генов DyP, зависела от способа электрической стимуляции внешней цепи и концентрации красителя. После повышения концентрации выше 20 мкМ максимальная скорость обесцвечивания достигалась при наличии полярно подключенного ко внешней электрической цепи биоэлектрохимической системы ионистора и составила 3.23 ± 0.11 мкМ/ч, в то время как при противоположном по полярности подключении наблюдалось минимальное значение 2.07 ± 0.08 мкМ/ч. В случае разомкнутой цепи и резистора имели место сходные показатели – 2.88 ± 0.09 и 2.67 ± 0.12 мкМ/ч соответственно. При анализе продуктов обесцвечивания отмечено согласованное снижение максимумов полос поглощения красителя, свидетельствующее о более полной его деградации смешанной культурой. Результаты могут представлять интерес для повышения эффективности биоэлектрохимических методов экологической биотехнологии, путем электростимуляции внешней цепи.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. А. Самков

Кубанский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: andreysamkov@mail.ru
Россия, Краснодар

Е. В. Панкратова

Кубанский государственный университет; Научно-технологический университет “Сириус”

Email: andreysamkov@mail.ru
Россия, Краснодар; Краснодарский край

М. Н. Круглова

Кубанский государственный университет

Email: andreysamkov@mail.ru
Россия, Краснодар

А. В. Беспалов

Кубанский государственный университет

Email: andreysamkov@mail.ru
Россия, Краснодар

С. М. Самкова

Кубанский государственный университет

Email: andreysamkov@mail.ru
Россия, Краснодар

Н. Н. Волченко

Кубанский государственный университет

Email: andreysamkov@mail.ru
Россия, Краснодар

А. А. Худокормов

Кубанский государственный университет

Email: andreysamkov@mail.ru
Россия, Краснодар

Список литературы

  1. Logan B.E., Regan J.M. // TRENDS Microbiol. 2006. V. 14. № 12. P. 512–518.
  2. Lan J., Wen F., Ren Y., Liu G., Jiang Y., Wang Z., Zhu X. // Environ. Sci. Technol. 2023. V. 16. P. 100278. https://doi.org/10.1016/j.ese.2023.100278
  3. Mohanakrishna G., Al-Raoush R.I., Abu-Reesh I.M. // Biotechnol. Rep. 2020. V. 27. P. e00478. https://doi.org/10.1016/j.btre.2020.e00478
  4. Wang H., Xing L., Zhang H., Gui C., Jin S., Lin H., Li Q., Cheng C. // Chem. Eng. J. 2021. V. 419. P. 129600. https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.129600
  5. Kondaveeti S., Govindarajan D., Mohanakrishna G., Thatikayala D., Abu-Reesh I.M., Min B. et al. // Fuel. 2023. V. 331. P. 125632. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2022.125632
  6. Cabrera J., Irfan M., Dai Y., Zhang P., Zong Y., Liu X. // Chemosphere. 2021. V. 285. P. 131428. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.131428
  7. Tanikkul P., Pisutpaisal N. // Int. J. Hydrog. Energy. 2018. V. 43. № 1. P. 483–489.
  8. Corbella C., Hartl M., Fernandez-Gatell M., Puigagut J. // Sci. Total Environ. 2019. V. 660. P. 218–226.
  9. Do M.H., Ngo H.H., Guo W., Chang S.W., Nguyen D.D., Sharma P., et al. // Sci. Total Environ. 2021. V. 795. P. 148755. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.148755
  10. Guo F., Liu Y., Liu H. // Sci. Total Environ. 2021. V. 753. P. 142244. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.142244
  11. Askari A., Vahabzadeh F., Mardanpour M.M. // J. Clean. Prod. 2021. V. 294. P. 126349. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.126349
  12. Gao Y., Cai T., Yin J., Li H., Liu X., Lu X., et al. // Bioresour. Technol. 2023. V. 376. P. 128835. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2023.128835
  13. Karyakin A.A. // Bioelectrochemistry. 2012. V. 88. P. 70–75. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2023.128835
  14. Patil. S.A., Gildemyn S., Pant D., Zengler K., Logan B.E., Rabaey K. // Biotechnol. Adv. 2015. V. 33. № 6. P. 736–744.
  15. Kiely P.D., Regan J.M., Logan B.E. // Curr. Opin. Biotechnol. 2011. V. 22. № 3. P. 378–385.
  16. Ножевникова А.Н., Русскова Ю.И., Литти Ю.В., Паршина С.Н., Журавлева Е. А., Никитина А. А. // Микробиология. 2020. Т. 89 № 2. С. 131–151.
  17. Voeikova T.A., Emel’yanova L.K., Novikova L.M., Shakulov R.S., Sidoruk K.V., Smirnov I.A. et al. // Microbiology. 2013. V. 82. № 4. P. 410–414.
  18. Marzocchi U., Palma E., Rossetti S., Aulenta F., Scoma A. // Water Res. 2020. V. 173. P. 115520. https://doi.org/10.1016/j.watres.2020.115520
  19. Obileke K.C., Onyeaka H., Meyer E.L., Nwokolo N. // Electrochem. Commun. V. 125. 2021. P. 107003. https://doi.org/10.1016/j.elecom.2021.107003
  20. Wang X., Wan G., Shi L., Gao X., Zhang X., Li X. et al. // Environ. Sci. Pollut. Res. 2019. V. 26. P. 31449–31462.
  21. Самков А.А., Чугунова Ю.А., Круглова М.Н., Моисеева Е.В., Волченко Н.Н., Худокормов А.А. и др. // Прикл. биохимия и микробиол. 2023. Т. 59. № 2. С. 191–199.
  22. Zhang Y., Ren J., Wang Q., Wang S., Li S., Li H. // Biochem. Eng. J. 2021. V. 168. P. 107930. https://doi.org/10.1016/j.bej.2021.107930
  23. Chen C.-H., Chang C.-F., Ho C.-H., Tsai T.-L., Liu S.-M. // Chemosphere. 2008 V. 7. Р. 1712–1720.
  24. Хмелевцова Л. Е., Сазыкин И. С., Ажогина Т. Н., Сазыкина М. А. // Прикл. биохимия и микробиол. 2020. Т. 56. № 4. С. 327–335.
  25. Hong Y., Guo J., Xu Z., Mo C., Xu M., Sun G. // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2007. V. 75. P. 647–654.
  26. Xiao X., Xu C.-C., Wu Y.-M., Cai P.-J., Li W.-W., Du D.-L. et al. // Bioresour. Technol. 2012. V. 110. P. 86–90.
  27. Lizárraga W.C., Mormontoy C.G., Calla H., Castaneda M., Taira M., Garcia R. et al. // Biotechnol. Rep. 2022. V. 33. P. e00704. https://doi.org/10.1016/j.btre.2022.e00704
  28. Cordas C.M., Nguyen G.-S., Valerio G.N., Jonsson M., Sollner K., Aune I.H. et al. // J. Inorg. Biochem. 2022. V. 226. P. 111651. https://doi.org/10.1016/j.jinorgbio.2021.111651
  29. Tucci M., Viggi C.C., Núnez A.E., Schievano A., Rabaey K., Aulenta F. // Chem. Eng. J. 2021. V. 419. P. 130008. https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.130008
  30. Фалина И.В., Самков А.А., Волченко Н.Н. // Наука Кубани. 2017. № 2. С. 4–11.
  31. Berezina N.P., Timofeev S.V., Kononenko N.A. // J. Membr. Sci. 2002. V. 209. P. 509–518.
  32. Jadhav G.S., Ghangrekar M.M. // Bioresour. Technol. 2009. V. 100. P. 717–723.
  33. Tian J.-H., Pourcher A.-M., Klingelschmitt F., Le Roux S., Peu P. // J. Microbiol. Methods. 2016. V. 130. P. 148–153.
  34. Yuan J.S., Reed A., Chen F., Stewart C.N.,Jr. // BMC Bioinform. 2006. V. 7. P. 85. https://doi.org/10.1186/1471–2105–7–85
  35. Satta E., Nanni I.M., Contaldo N., Collina M., Poveda J.B., Ramírez A.S. et al. // Molecular and Cellular Probes. 2017. V. 35. P. 1–7.
  36. Heidelberg J.F., Paulsen I.T., Nelson K.E., Gaidos E.J., Nelson W.C., Read T.D. et al. // Nat. Biotechnol. 2002. V. 20. P. 1118–1123.
  37. Yoshida T., Sugano Y. // Biochem. Biophys. Rep. 2023. V. 33. Р. 101401. https://doi.org/10.1016/j.bbrep.2022.101401
  38. Gonzalez-Garcı J., Bonete P., Exposito E., Montiel V., Aldaza A., Torregrosa-Macia R. // J. Mater. Chem. 1999. № 9. P. 419–426.
  39. Guo Y., Zong J., Gao A., Yu N. // Int. J. Electrochem. Sci. 2022. V. 17. Article Number: 220527. https://doi.org/10.20964/2022.05.47
  40. Singh R., Eltis L.D. // Arch. Biochem. Biophys. 2015. V. 574. P. 56–65.
  41. Lončar N., Colpa D.I., Fraaije M.W. // Tetrahedron. 2016. V. 72. P. 7276–7281.
  42. Chhabra M., Mishra S., Sreekrishnan T.R. // J. Biotechnol. 2009. V. 143. P. 69–78.
  43. Parshetti G.K., Parshetti S.G., Telke A.A., Kalyani D.C., Doong R.A., Govindwar S.P. // J. Environ. Sci. (China). 2011. V. 23. № 8. Р. 1384–1393.
  44. Yang J., Zhang Y., Wang S., Li S., Wang Y., Wang S. et al. // J. Biosci. Bioeng. 2020. V. 130. № 4. P. 347–351.
  45. Kalyani D.C., Patil P.S., Jadhav J.P., Govindwar S.P. // Bioresour. Technol. 2008. V. 99. P. 4635–4641.
  46. Li B.-B., Cheng Y.-Y., Fan Y.-Y., Liu D.-F., Fang C.-Y., Wu C. et al. // Sci. Total Environ. 2018. V. 637–638. P. 926–933.
  47. Li C., Luo M., Zhou S., He Ha., Cao J., Luo J., et al. // Int. J. Hydrog. Energy. 2020. V. 45. № 53. P. 29417–29429.
  48. Liu J., Fan L., Yin W., Zhang S., Su X., Lin H., et al. // J. Environ. Manage. 2023. V. 347. Р. 119073. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2023.119073
  49. Yu Y.-Y., Zhang Y., Peng L. // Sci. Total Environ. 2022. V. 838. № 3. Р. 156501. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.156501

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Относительная представленность генов DyP в образцах донных отложений пресных водоемов Краснодарского края.

Скачать (18KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Динамика разности потенциалов между электродами биоэлектрохимических систем в ходе обесцвечивания кристаллического фиолетового смешанной культурой донных отложений в зависимости от электрической стимуляции внешней цепи. 1 – ионистор прямой полярности подключения. 2 – ионистор обратной полярности подключения (значения приведены по модулю), 3 – резистор 1 кОм, 4 – разомкнутая цепь.

Скачать (13KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Динамика D590 раствора кристаллического фиолетового при его ступенчатом внесении, в зависимости от электрической стимуляции внешней цепи. 1 – ионистор прямой полярности подключения. 2 – ионистор обратной полярности подключения, 3 – резистор 1 кОм, 4 – разомкнутая цепь, 5 – контроль без инокулята, 6 – ионистор прямой полярности подключения (контроль с автоклавированным инокулятом), 7 – ионистор обратной полярности подключения (контроль с автоклавированным инокулятом).

Скачать (17KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимость скорости обесцвечивания кристаллического фиолетового в анодных камерах БЭС от электрической стимуляции внешней цепи и концентрации красителя. 1 – ионистор прямой полярности подключения. 2 – ионистор обратной полярности подключения, 3 – резистор 1 кОм, 4 – разомкнутая цепь.

Скачать (12KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Спектры поглощения продуктов разложения кристаллического фиолетового смешанной культурой в зависимости от электрической стимуляции внешней цепи. 1 – ионистор прямой полярности подключения. 2 – ионистор обратной полярности подключения, 3 – резистор 1 кОм, 4 – разомкнутая цепь, 5 – контроль.

Скачать (23KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024